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Biocarburant : des bactéries qui exportent directement leur huile

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Grâce à plusieurs manipulations génétiques, une cyanobactérie a été transformée en usine exclusivement dédiée à la production de biocarburant. Le microorganisme expulsant hors de la cellule le précieux acide gras, cette voie de synthèse contourne la coûteuse étape de l'extraction et de la purification. Une nouvelle avancée vers une production de biocarburant plus économique, plus verte et sans compétition avec la production alimentaire.

Les microorganismes photosynthétiques ont l'avantage sur les végétaux de pouvoir produire du biocarburant sans empiéter sur les terres arables. © Biodesign Institute / Arizona State University

La production de biocarburant fait face à plusieurs problèmes. Elle doit atteindre des taux de production suffisants pour satisfaire la demande en biocarburant tout en étant compétitive face au pétrole. Elle se doit aussi d'avoir un bilan carbone global inférieur à celui du pétrole, sans quoi elle n'aurait aucun intérêt environnemental. Enfin, elle ne doit pas entrer en compétition avec la production alimentaire, sous peine d'affamer des populations pour alimenter les véhicules d'autres populations. Difficile équation.

Les chercheurs s'attachent donc à produire le biocarburant à partir de déchets (cellulose, eaux usées) ou d'organismes cultivables hors-sol (algues, levures, bactéries), ainsi qu'à en augmenter la productivité, en réduisant ou exploitant les coproduits par exemple.

Xinyao Liu et Roy Curtiss, du Biodesign Institute de l'Arizona State University, ont emprunté la voie de la productivité en transformant une cyanobactérie en véritable usine, avec sa propre division exportation. Ils ont créé par génie génétique une souche de cyanobactéries à haut rendement qui secrètent directement sa production d'acide gras. Plus besoin de passer par la coûteuse étape de l'extraction et de la purification pour récupérer ce précurseur du biodiesel.

Xinyao Liu, principal auteur de l’étude, a créé une souche de cyanobactéries qui exportent elles-mêmes leur huile. Plus besoin de les broyer et de purifier le broyat pour extraire l’huile nécessaire à la production de biodiesel. En Chine, dit-il, on dit qu’« on ne tue pas la poule pour avoir les œufs » © Biodesign Institute / Arizona State University

« En [permettant aux cyanobactéries] de relâcher leur précieuse production hors de leur cellule, nous avons optimisé l'ingénierie métabolique bactérienne pour développer une voie véritablement verte pour la production de biocarburant » explique Roy Curtiss.

Une simple écumoire permet de récupérer la couche flottante d'acide gras produite par les cyanobactéries modifiées, dont la production est trois fois supérieure à la souche d'origine. Cela représente une économie d'énergie et une réduction des coûts non négligeable.

La super-cyanobactérie, héroïne de la production de biodiesel

Pour parvenir à ce résultat, Xinyao Liu a tout d'abord introduit un gène codant pour une enzyme, la thioestérase, capable de découpler les acides gras de leur protéine transporteuse. Celle-ci a un effet inhibiteur, son accumulation stopperait donc la production d'acides gras.

Il a ensuite accru la productivité de la cyanobactérie en y insérant des gènes de surproduction de précurseurs d'acides gras et en supprimant toutes les voies métaboliques qui n'étaient pas essentielles à sa survie ni à la production des acides gras.

La cyanobactérie consacre donc toutes ses ressources à sa survie et à la production d'acides gras en grandes quantités qui s'accumulent à l'intérieur de la cellule. Cette accumulation provoque alors une excrétion par diffusion passive des lipides, facilitée par une autre modification génétique au niveau de la paroi cellulaire.

Secrétées directement dans la solution qui baigne les organismes et peu solubles dans l'eau, ces matières grasses précipitent en un résidu blanchâtre qui surnage. Il ne reste plus qu'à transformer ces acides gras en biodiesel à l'aide d'un catalyseur et d'un alcool, par une réaction de transestérification.

Si les résultats actuels, décrits dans les PNAS, sont encourageants, Roy Curtiss espère encore améliorer la productivité des souches de cyanobactéries développées, notamment en optimisant de leurs conditions de croissance à grande échelle.